王 鹏

（台州市特种设备监督检验中心，浙江台州 318000)

600MW超临界循环流化床锅炉控制系统研究

王 鹏

（台州市特种设备监督检验中心，浙江台州 318000)

600MW超临界循环流化床机组系统较为复杂，为了确保锅炉运行的安全性和稳定性，必须对超临界循环流化床实施有效的控制。超临界循环流化床控制策略是控制系统的难点和核心。超临界循环流化床锅炉燃烧相较于煤粉炉存在滞后的情况，这主要是由于燃碳燃烧是该类型锅炉燃烧发热的主导因素。针对于此，通过对某台600MW超临界循环流化床锅炉即燃碳模型的构造和相关机理的分析，估算了其炉膛内的即燃碳量。将估算结果应用于锅炉控制系统中，可以有效提高机组负荷的动态响应特征，促进机组的稳定运行。

循环流化床；超临界；锅炉；控制系统

600MW超临界循环流化床锅炉具有污染物排放量低、燃料适用性广，以及燃烧效率高的优势，因而其应用也越来越广泛。但是目前超临界循环流化床锅炉研究还不够深入，锅炉本身的结构以及设计存在一些问题，加之控制系统不完善问题的存在，严重阻碍了超临界循环流化床锅炉的推广应用以及其使用效率的提升。

1 超临界循环流化床锅炉特性分析

超临界循环流化床锅炉运行中，煤粒进入炉膛之后并不会直接充分燃烧，而是会经历一系列复杂的过程，碳颗粒完全燃尽需要8min以上，因而送入的新燃料无法完全满足锅炉燃烧所需要的能量。与普通的锅炉相比，超临界循环流化床锅炉给煤的颗粒较大，当前时刻的给煤量只占锅炉燃烧发热量很小的一部分，超临界循环流化床锅炉的主导发热量为大量存储在炉膛的碳燃烧发热量，也称之为“即燃碳”。如果可以为锅炉内的即燃碳蓄热进行精确的利用，就可以充分满足机组的负荷变化，从而提高机组对负荷的响应速率。可以利用机理模型软测量即燃碳量，根据该数值进行功率和氧量预测值的计算，再通过预测值与实测值的对比分析验证该模型的正确性。超临界循环流化床锅炉控制系统给煤量阶跃增加会导致主蒸汽压力、主蒸汽流速和烟气氧量响应的延时，主蒸汽压力和主蒸汽流速对于送风量的跃阶增加响应速度则比较快。控制系统对于超临界循环流化床锅炉燃烧特性的合理利用可以有效提高机组对负荷指令的响应速度以及机组运行的稳定性。

2 超临界循环流化床机组控制系统分析

2.1 协调控制系统

协调控制的主要目的是对机组汽机的快过程和锅炉的慢过程进行协调，保障锅炉汽机工作的稳定性以及对电网负荷指令的尽快响应。超临界循环流化床锅炉机组协调控制系统的三个主要输入量为给水量、汽机调门开度以及给煤量，输出量是主蒸汽压力、主蒸汽温度和机组功率。超临界循环流化床锅炉的燃烧放热需要较长的过程，因而如何在机组负荷变化的过程中保证负荷的速率同时满足电网的需求也就成为协调控制的难点，超临界循环流化床直流炉膛内所存储的“即燃碳”量是燃烧热量的决定因素，而并非单纯的当前给煤量。而给煤量与总风量构造得到“即燃碳”，针对于此可以以“即燃碳”能量平衡理论为基础，根据机组的负荷变化情况，利用即燃烧的蓄热来保证机组整个动态过程中负荷变化的能量平衡，以此构建协调控制的四入三出模型，具体如图1所示。协调控制系统可以通过增加给煤量的方式补偿蒸汽蓄热和即燃碳量蓄热提前释放造成的热量损失。以燃碳控制为基础的辅助方法的应用提高了协调控制的容量，蓄热控制的手段也更为精确且反应速度较快，可以有效提高负荷响应的速率和调节的精度。

图1 超临界循环流化床机组的四入三出模型

2.2 煤量控制系统

与传统的直流锅炉相比，超临界循环流化床锅炉的即燃碳所产生的燃烧发热量可以作为超前校正形成燃料前馈，从而避免惯性与延迟的存在，影响机组负荷的相应速率。超临界循环流化床锅炉的煤量控制原理如图2所示。煤量控制系统可以根据机组的当前负荷指令确定所需的燃烧量，在通过当前即燃碳燃烧发热量与目标负荷所需发热量的差值计算煤量，从而实现煤量的动态控制，以响应机组负荷的快速变化。将该系统应用于实际的工业生产中，确保机组的运行工况维持在360～540MW，在优化之前的7.5h内机组主蒸汽压力波动的最大偏差为1.2MPa，机组功率稳态最大偏差达到12MW，优化之后的7.5h内，机组运行工况不变，机组负荷上升时，可以通过既然碳动态热量对调节动作进行校正，从而弥补运行中锅炉蓄热量的损失，运行过程控制平稳，主蒸汽压力波动最大值为0.4MPa，发电功率最大偏差为5MW，机组动态和静态工况运行的稳定性都得到了提高。

2.3 风量控制系统

600MW超临界循环流化床锅炉风量控制的基本思路为，

在机组负荷上升时同时增加风量，从而提高燃烧的速率以降低锅炉内的即燃碳量，促使其燃烧放热，在此过程中要增加入炉的煤量对燃烧进行补充，通过风量和给煤量控制的良好配合促进负荷响应速率和控制调节精度的提高。将即燃碳动态热量平衡校正模型应用于超循环流化床锅炉控制系统中，在机组负荷上升时，一、二次风量可以在即燃碳动态热量校正调节前进行动作，从而促进锅炉蓄热量的充分利用，通过锅炉蓄热的释放以确保发电功率和主蒸汽压力的稳定性。

图2 给煤控制系统原理图

2.4 给水控制系统

600MW超临界循环流化路机组不适用于传统的以热量确定给水量的思路，这主要是由于该机组的惯性较大，因而在进行给水控制时需要对惯性时间进行充分的考虑，除此之外还需要考虑燃烧过程中石灰石脱硫对于锅炉燃烧工况的影响。超临界循环流化床锅炉的给水控制系统头部利用即燃碳构造的燃烧发热量进行校正，中间利用分离器的出口焓进行校正，尾端则采用主蒸汽流量进行调节。将这种调节思路应用到实际的锅炉运行中可以有效提高机组运行给水控制的平稳定，提高机组给水控制的质量和效率。

3 结束语

综上所述，对600MW超临界循环流化锅炉的给煤控制系统、风量控制系统以及协调控制系统等系统的优化，可以提高机组的控制效果，即使是在燃烧较差煤质的情况下，也可以实现全自动控制功能，可以充分满足600MW超循环流化床锅炉机组运行的要求。日后要继续加强石灰石量对于锅炉燃烧发热量问题的相关研究，促进超循环流化床锅炉使用质量的提升。

[1] 金森旺.超临界600 MW循环流化床锅炉燃用不同煤种燃烧特性及排放特性试验[J].热力发电，2017，（46）.

[2] 邝伟.600MW超临界CFB锅炉给水运行调整控制研究[J].四川电力技术，2015，（38）.

Research on Control System of 600MW Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler

Wang Peng

600MW supercritical circulating fluidized bed unit system is more complex.In order to ensure the safety and stability of boiler operation，it is necessary to effectively control the supercritical circulating fluidized bed.The control strategy of supercritical circulating fluidized bed is the difficulty and core of the control system.The combustion of supercritical circulating fluidized bed boiler lags behind that of the pulverized coal boiler，which is mainly due to the burning of carbon.In view of this，this paper estimates the combustion carbon content in a 600MW supercritical fluidized bed boiler by analyzing the structure and relevant mechanism of a combustion carbon model.Applying the estimation results to the boiler control system can effectively improve the dynamic response characteristics of the unit load and promote the stable operation of the unit.

circulating fluidized bed；supercritical；boiler；control system

TK229.66

B

1003–6490（2017）11–0138–02

2017–09–15

王鹏（1984—），男，浙江台州人，工程师，主要研究方向为电站锅炉自动化控制系统。